优化微生物燃料电池的新研究表明电极材料可以发挥重要作用

目前，微生物燃料电池主要用于研究实验室发电。为了在未来考虑工业应用，必须进一步开发燃料电池，以便它们能够持续产生比目前更高的电量。

在最近发表在《生物燃料和生物产品生物技术》杂志上的一项研究中，拜罗伊特大学的一个研究小组调查了其中起作用的因素。事实证明，电极材料的选择对于提高稳定性和性能尤为重要。

微生物燃料电池中的电路通过微生物的新陈代谢保持运行：微生物以有机化合物为食，释放电子，电子被转移到燃料电池的阳极，然后从这里转移到阴极。拜罗伊特研究小组在优化微生物燃料电池的研究中测试了两种不同的电极材料：碳毡和改性不锈钢网。

当电池的电极由不锈钢网制成，表面用高导电炭黑和环保聚合物粘合剂改性时，取得了最好的效果。阳极和阴极之间的最佳距离约为四厘米。这种可靠产生的电量可在实践中使用，例如，在不连接到电网的情况下为偏远地区的环境监测传感器供电。

这种燃料电池还可以净化被石油碳氢化合物污染的土壤，同时产生电能。正如研究表明的那样，如果有合适的电极可用于捕获代谢电子，则可以显着提高这种解毒策略的效​​率。

“我们能够通过使用新开发的电极的微生物燃料电池实现显着更高的性能，这可以解释为这种材料提供了更大的比表面积，微生物可以与之相互作用，并具有电容特性，可以在内部存储生物电。因此，进入电路的微生物代谢释放的电子数量在这里特别高，”该研究的第一作者MeshackImologieSimeon说。

作为拜罗伊特大学生物过程工程研究小组的博士生，他正在研究基于生物电的可持续能源生产的可能性。当他在伊巴丹大学攻读硕士学位并在尼日利亚明纳联邦理工大学担任研究助理时，他第一次接触到在拜罗伊特从事该课题研究的科学家。

正如研究表明的那样，燃料电池的稳定性和发电量也受到喂养微生物的时间间隔的影响。当发电减弱变得明显时，时间灵活的喂养被证明特别有效。发现这比以相同的时间间隔定期喂食更有助于提高燃料电池的性能。

拜罗伊特研究小组对基于土壤的燃料电池(土壤微生物燃料电池)进行了研究：这种类型的燃料电池与细菌和其他微生物一起工作，例如在耕地或森林土壤中发现的微生物。为了识别燃料电池中参与发电的不同类型的微生物，从电极中提取了微生物DNA序列。

在拜罗伊特大学DNA分析中心实验室的AlfonsWeig博士的指导下，对这些序列的来源进行了分析。Proteobacteria占最大比例，但另一种细菌菌株-Firmicutes-也经常出现。

“我们的研究表明，天然土壤含有不同细菌菌株的混合物，这些菌株能够直接传递电子，可用于燃料电池以产生生物电。据我们能够确定的，这些菌株在混合物中的比例对燃料电池的稳定性和性能没有显着影响。影响最大的是电极材料，电路中的欧姆电阻和燃料电池的电容量取决于电极材料，”RuthFreitag教授强调说，拜罗伊特大学生物过程工程系主任。